Пищевые добавки ароматизаторы ванилин
| Ванилин | |||
|---|---|---|---|
| Систематическое наименование | 4-гидрокси-3-метоксибензальдегид | ||
| Традиционные названия | 3-метокси-4-гидроксибензальдегид, 3-метокси-4-оксибензальдегид, Vanillin, 3-Methoxy-4-hydroxybenzaldehyde, 4-Formyl-2-methoxyphenol, 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, 4-Hydroxy-m-anisaldehyde, Lioxin, Methoxyprotocatechuic aldehyde, Methylprotocatechuic aldehyde, p-Hydroxy-m-methoxybenzaldehyde, Rhovanil, Vainillina, Vaniliini, Vanilinas, Vanilla, Vanillaldehyde, vanillic aldehyde, Vanillinum, Wanilina, Zimco[1] | ||
| Хим. формула | C8H8O3 | ||
| Молярная масса | 152,15 г/моль | ||
| Плотность | 1,056 г/см³ | ||
| Температура | |||
| • плавления | 80—81 °C | ||
| • кипения | 285 °C | ||
| • вспышки | 147 °C | ||
| Давление пара | 15 мм рт. ст. (при 170 °C)[1] | ||
| Растворимость | |||
| • в воде | 1 г/100 мл | ||
| Рег. номер CAS | 121-33-5 | ||
| PubChem | 1183 | ||
| Рег. номер EINECS | 204-465-2 | ||
| SMILES | COC1=C(C=CC(=C1)C=O)O | ||
| InChI | 1S/C8H8O3/c1-11-8-4-6(5-9)2-3-7(8)10/h2-5,10H,1H3 MWOOGOJBHIARFG-UHFFFAOYSA-N | ||
| RTECS | YW5775000 | ||
| ChEBI | 18346 | ||
| ChemSpider | 13860434 | ||
| ЛД50 | 2000 мг/кг (крысы, перорально)[1] | ||
| NFPA 704 | 1 1 | ||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
| Медиафайлы на Викискладе | |||
Ванили́н (ванила́ль) — органическое вещество, бесцветные игольчатые кристаллы с запахом ванили.
Химическая формула ванилина . В его молекуле содержатся альдегидная, эфирная и фенольная функциональные группы.
Ванилин содержится в виде гликозида в плодах и листьях растений рода Ваниль (Vanilla) семейства Орхидные (Orchidaceae)[2][3] и является основным компонентом экстракта ванили.
Натуральный экстракт ванили — это фильтрованная настойка бобов ванили на растворе этанола в воде. Помимо ванилина содержит сотни других химических соединений.
Сейчас применяется, в основном, синтетический, в качестве ароматизатора в пищевой, парфюмерной и фармацевтической промышленности.
Также используется более дорогой, но с более сильным запахом этилванилин. Он отличается от ванилина заменой в молекуле метокси- группы () на этокси- группу ().
Из-за недостатка и дороговизны натурального ванилина были найдены пути его синтеза из более доступных компонентов. Исторически первым был синтез из гваякола. В настоящее время ванилин синтезируют как из гваякола, так и из лигнина — составной части древесины, являющейся побочным продуктом целлюлозно-бумажной промышленности.
Ванилин на основе лигнина имеет более богатый аромат благодаря наличию примеси апоцинина.
Историческая справка[править | править код]
Ваниль культивировалась как ароматизатор жителями доколумбовой Америки; ацтеки использовали её как ароматизатор для шоколада. Европейцы познакомились как с шоколадом, так и с ванилью около 1520 года.
Ванилин был впервые выделен в относительно чистом виде в 1858 году Теодором Николя Гобле, который получил его выпариванием экстракта ванили и последующей перекристаллизацией полученного вещества из горячей воды.
В 1874 году немецкие учёные Фердинанд Тиман и Вильгельм Хаарман определили его химическую структуру и нашли способ синтеза ванилина из кониферина, гликозида изоэвгенола, найденного в сосновой коре. Тиман и Хаарман основали компанию Haarmann & Reimer (сейчас это отделение компании Symrise) и начали первое промышленное производство ванилина в Хольцминдене (Германия). В 1876 году. Карл Реймер синтезировал ванилин (2) из гваякола (1):
В 1874 году был опубликован оригинальный способ синтеза Тимана — Хаармана. В то же время уже был доступен полусинтетический ванилин, производимый из эвгенола и найденный в гвоздичном масле. Запатентованная формула синтетического ванилина стала известна в 1894 году.
Синтетический ванилин стал значительно более доступен в 1930-х годов, когда производство из гвоздичного масла было вытеснено производством из лигнин-содержащих отходов, образующихся при производстве бумаги. В 1987 году лишь одна бумажная фабрика в Онтарио насыщала 60 % мирового рынка синтетического ванилина. Сейчас самым распространённым способом производства ванилина является синтез из гваякола и гликолевой кислоты.
С 2000 года компания Rhodia начала продажи биосинтетического ванилина, полученного действием микроорганизмов на феруловую кислоту, экстрагированную из рисовых отрубей. Этот продукт продаётся под торговой маркой Rhovanil Natural, но не может конкурировать по цене (700 долларов за килограмм) с нефтехимическим ванилином, который продаётся по цене около 15 долларов за килограмм.
Нахождение в природе[править | править код]
Эти зеленые плоды ратения Vanilla planifolia содержат ванилин в его гликозидной форме, и не обладают характерным запахом ванилина.
Ванилин составляет 2 % сухого веса обработанных семян ванили, и он является главным ароматизатором среди 200 других ароматических веществ этого растения. В сушёных стручках высокого качества относительно чистый ванилин может быть виден как белая пыль или «иней» снаружи стручка.
В малых концентрациях ванилин содержится в таких продуктах питания, как оливковое масло, сливочное масло, малина и плоды личи. Выдержка в дубовых бочках придаёт ванильный аромат некоторым винам и спирту. В других пищевых продуктах ванилин выделяется при термообработке — так, например, ванилин вносит вклад в аромат кофе, кленового сиропа и блюд из цельных злаков, включая тортилью и овсяную кашу.
Получение[править | править код]
Натуральный ванилин[править | править код]
Природный ванилин выделяют из плодов вида Vanilla planifolia, лозы орхидей родом из Мексики, но сейчас распространённой в тропиках по всему миру. Главным производителем натурального ванилина является Мадагаскар.
Во время уборки зеленые плоды содержат ванилин в форме β-D-гликозида. Зелёные плоды не имеют запаха ванилина.
После уборки плоды выдерживают в течение нескольких месяцев; процесс подготовки варьируется в разных регионах, но в общих словах выглядит так: семена бланшируют в горячей воде для подавления процессов в живых тканях растения, а затем в течение 1—2 недель поочерёдно греют и распаривают: днём семена лежат на солнце, а каждую ночь их заворачивают в ткань и упаковывают в воздухонепроницаемые контейнеры. В ходе процесса ферментации семена приобретают тёмно-коричневую окраску. Наконец, семена высушивают и дальше выдерживают несколько месяцев, в ходе которых их запах всё больше усиливается.
Существует несколько ускоренных методов выделения ванилина, но они не нашли широкого применения в производстве. Для сокращения затрачиваемого на производство времени семена могут измельчать, замораживать, нагревать другими способами и обрабатывать различными химикатами.
Синтез[править | править код]
В 2002 году мировая потребность в ванилине составляла 12 тыс. тонн, но только 1,8 тонн было произведено из природных источников. Остальное было произведено химическим синтезом. Ванилин впервые был синтезирован из эвгенола (извлекаемого из масла гвоздики) в 1874—1875 годах, меньше чем через 20 лет после того как он был открыт и установлена его химическая структура.
Ванилин производился из эвгенола до 1920-х годов (этот химический процесс можно легко осуществить в лабораторных условиях, используя процедуру, описанную Гэри Лампманом[4]). Позже он был синтезирован из лигнин-содержащей «коричневой жидкости», побочного продукта сульфитного процесса при варке целлюлозы.
«Лигниновый» способ потерял популярность по экологическим причинам, и сейчас большинство ванилина производят из нефтехимического сырья. Это двухстадийный процесс, в котором гваякол (1) реагирует с глиоксиловой кислотой (так называемое электрофильное ароматическое замещение). Образующаяся ванилилминдальная кислота (2) затем в одну стадию окисляется до 4-гидрокси-3-метоксифенилгликолевой кислоты (3) и декарбоксилируется с образованием ванилина (4):
Применение[править | править код]
В основном ванилин используют как ароматизатор в сладостях. Производство мороженого и шоколада потребляет более 75 % рынка ванилина. Для кондитерских изделий дозировка составляет от 0,03 г/кг до 0,5 г/кг. Он также используется в парфюмерии и для подавления неприятного запаха и вкуса медицинских препаратов, моющих средств.
Также тайваньские ученые выяснили, что ванилин может быть использован в медицине для лечения псориаза[5]. Они провели эксперимент с лабораторными мышами, у которых они вызвали проявление псориаза на коже при помощи имиквимода — иммуномодулятора, стимулирующего выработку ряда белков иммунной системы. Затем разным группам мышей стали ежедневно давать различные дозы ванилина 1, 5, 10, 50 или 100 миллиграммов на килограмм массы тела. Контрольная группа мышей ванилина не получала.
Опыты продолжались 1 неделю. В результате выяснилось, что ванилин значительно улучшал состояние мышей, избавляя их кожу от проявлений псориаза. Причем эффективность лечения повышалась с увеличением дозы препарата. Генетическое исследование показало, что гены, активность которых была увеличена под действием имиквимода, снизили активность из-за влияния ванилина. Среди них были и гены, ответственные за синтез интерлейкинов 17 и 23[6].
Ванилин используется как химический полупродукт в производстве фармацевтических препаратов и других химических соединений. В 1970 году более половины произведённого ванилина использовалось в производстве других химических препаратов, но в 2004 году уже только 13 % используется для этих целей.
Добавление ванилина в электролит при электрохимическом цинковании способствует получению гладких блестящих покрытий, обладающих повышенной твердостью, а также позволяет расширить интервал рабочих плотностей тока[источник не указан 302 дня].
Дополнительно ванилин может быть использован как проявитель общего назначения в тонкослойной хроматографии для визуализации компонентов разделяемой смеси.
В быту ванилин (в виде водных или масляных растворов или смеси с детским кремом) также применяется в качестве репеллента от комаров и гнуса[7]. Считается единственным безопасным для грудных детей репеллентом[источник не указан 302 дня].
Экология[править | править код]
Жуки вида Заболонник струйчатый (лат. Scolytus multistriatus) Scolytus multistriatus), один из переносчиков голландской болезни вяза, по запаху ванилина находят дерево-хозяин во время откладки яиц[8].
Примечания[править | править код]
Источник
Ваниль – это наиболее применяемая и самая дорогая специя в мире. Для ее приготовления используются лианы Vanilla, относящиеся к семейству Орхидея. Высокая стоимость пряности связана с трудоемким процессом ее выращивания и изготовления.
Исходя из высокой популярности специи, специалисты делают положительный прогноз на рынок этого продукта. Ваниль в стручках пользуется высоким спросом у потребителей, поэтому объемы ее потребления будут только расти. Популярность специи приводит к преуспеванию рынка заменителей (аналогов) настоящей ванили.
Использование искусственной ванили
Натуральную ваниль получают из плодов растения. На вид – это продолговатый стручок темно-коричного цвета, от которого исходит умопомрачительный запах. Родина растения – Центральная и Южная Америка. Культивирование в других странах сопряжено со сложностями, – в первую очередь, с искусственным опылением цветков.
Сложен сам процесс приготовления специи. Вручную собираются плоды определенной спелости. Затем стручки помещаются в горячую печь или воду температурой до 65°С. Это позволяет остановить процессы ферментации. После этого плоды ванили подлежат прогреванию на солнце. Для этого их заворачивают в шерстяную ткань и выносят под лучи солнца на 50-60 минут (на процесс уходит 10 дней).
Далее продукт подвергают сушению до образования кристаллов ванили. Чтобы специя окончательно дозрела, понадобится 2-3 месяца хранения при определенном режиме. Такая трудоемкость процесса определяет высокую цену специи. Поэтому в промышленных масштабах натуральную ваниль использовать не всегда выгодно.
Эксперты утверждают, что на долю натурального ароматизатора приходится лишь 5%. В остальных случаях для использования выпечки, мороженого и кондитерских изделий используются аналоги, то есть искусственные заменители.
Эта тенденция не поменяется в ближайшее время несмотря на то, что наблюдается рост потребления натуральной ванили. Производители склоняются к употреблению искусственных ароматизаторов в связи с резкими колебаниями стоимости натурального ингредиента.
Трансформация предпочтений может измениться из-за смещения потребительского спроса в сторону продуктов с натуральными компонентами.
Анализ рынка натуральной ванили
Специалисты фиксируют постоянное увеличение спроса на натуральную ваниль. На эту тенденцию не повлияло даже существенное удорожание специи в последние 4 года. Если сравнивать мировые цены 2015 и 2019 годов, то удорожание произошло в 10 раз. Это связано с дефицитом качественного сырья.
В этом сезоне тенденция не поменяется – рост цен продолжится. Небольшое снижение (на 10-15%) возможно благодаря хорошему урожаю. Рекордный уровень цены был зафиксирован в 2017 году. По оценкам экспертов, стручки ванили будут стоить дешевле и не превысят порог в 635 долларов США за килограмм (именно столько стоила насыщенная черная мадагаскарская ваниль на мировом рынке). В 2015 году эта же специя с успехом реализовывалась по 100 долларов за килограмм.
Аналитики выделяют несколько причин такого увеличения цен:
- Наращивание спроса со стороны производителей на натуральные специи.
- Интерес покупателей к изделиям «премиум-класса». То есть предпочтение товаров без искусственных добавок.
Впрочем, первый пункт вытекает из второго. Во всем мире происходит пропаганда здорового образа жизни. В ее основе лежит употребление «правильных продуктов», то есть тех, которые не содержат искусственных компонентов, большого количество жиров и прочих «вредностей». Чтобы привлечь интерес покупателя, крупные компании заявляют о своем отказе от использования искусственных добавок и ароматизаторов. Так поступили Nestlé, Kellogg, General Mills и Hershey.
Основные потребители натуральной ванили
В кулинарии чаще используется стручковая ваниль. Для промышленных объемов производства применяется натуральный экстракт или эссенция. Еще один вид ванили – ванильный порошок. Для его получения нужно измельчить стручок. В порошке ваниль обычно дешевле, так как специя имеет удлиненный срок хранения, не требующий соблюдения оптимальных условий хранения, как для стручкового продукта. Тем более, что ванильный порошок проще транспортировать и легче приобрести.
При правильном хранении свойства ванильной палочки только улучшаются. Чтобы приготовить продукты премиум-класса, производители используют только ваниль в стручках.
Натуральная палочка ванили становится основополагающей составляющей для приготовления следующих «люксовых» продуктов:
- Кондитерская выпечка – торты, пудинги, печенье, булочки и тому подобное.
- Конфеты – карамель, шоколад.
- Мороженное.
- Ликер.
Некоторые сорта пива из частных пивоварен, готовятся с использованием ванильной палочки.
Как определить ваниль высокого качества
Стручки ванили бывают длиной от 10 до 20 см. На ощупь они мягкие и эластичные, слегка маслянистые. Палочка не должна быть идеально ровной. Допускается небольшое скручивание.
Ваниль высокого качества отличает от других небольшой налет кристалликов ванилина. Цвет стручка – темно-коричневый.
Некачественная натуральная ваниль всегда в светлых оттенках коричневого. Палочки могут быть совершенно сухими, твердыми и ломкими. Это означает, что была нарушена технология приготовления или хранения. Натуральная лианка Орхидеи может долгие годы сохранять свою природную структуру. Важно ее не пересушивать.
Существует достоверный факт – спустя 36 лет со дня покупки стручок ванили сохранил свой аромат и эластичность, так как были выдержаны правильные условия содержания.
Качественная ваниль отличается длительным сроком хранения, сохраняя классический ванильный аромат. Если у стручка запах гелиотропа, то палочка низкого качества.
Отраслевые инициативы
Потребители желают получать качественную натуральную ваниль. При этом они тяготеют к тенденции снижения цен на ее оптовые закупки. Чтобы соблюсти интересы производителей и покупателей продукта, были созданы добровольные отраслевые инициативы.
Это компании, обеспечивающие стабильное предложение высококачественного продукта. Самая крупная мировая инициатива – Sustainable Vanilla. На ее долю приходится 70% от всемирного оборота специи.
Цель компании: оказывать содействие в постоянном предложении качественной натуральной ванили. Продукт должен быть произведен экологически и экономически устойчивым способом. Сделка обязана быть выгодной для фермеров и покупателей. Инициатива «Устойчивая ваниль» (SVI) формирует прямую цепочку поставки, связывающую партнеров – изготовителей ванили и производителей продуктов питания. Работает инициатива только с крупными покупателями, являющимися лидерами мирового рынка (например, Barry Callebaut или Kerry and Mane).
Поставщиками продукта для Sustainable Vanilla выступают фермерские хозяйства из Мадагаскара (на острове выращивается 80% от мирового оборота натурального ароматизатора).
Как бы ни старались отраслевые инициативы сближать производителей и прямых покупателей специи, общий спрос на этот продукт удовлетворить сложно. Весь мировой урожай ванили не способен удовлетворить потребности производителей кондитерских изделий. Несмотря на недавнее снижение цен на продукт, искусственный аналог остается в разы дешевле. Это склоняет многих производителей продуктов питания в сторону использования аналогов.
Аналоги натуральной ванили – способы получения
По определению ванилин – это прозрачные кристаллики сахара с ароматом ванили. Плоды орхидеи – дорогостоящий источник ванилина. Поэтому продукт научились добывать искусственным способом. Сырьем для получения ароматизатора служит:
- кора сосны;
- масло гвоздики;
- отруби риса.
Полученный из такого сырья ванилин считается натуральным. Его стоимость в десятки раз дешевле мадагаскарского продукта.
Доля натурального аналога 10-15% от общего объема «неорхидейной» ванили. Остальные 85-90% изготавливаются химическим способом.
Каким бы образом не была получена ваниль – выращена вблизи экватора или произведена на заводе, химическая формула продукта будет одинаковой.
Производство натуральных и синтетических ванилинов
Сейчас на рынке ванилина представлены как натуральные ароматизаторы, так и аналоги, полученные из природного сырья. Больший сегмент рынка занимают продукты, изготовленные синтетическим способом. Они дешевле и легче в производстве. Если сравнивать центы, то искусственный аналог дешевле натурального продукта в 48 раз (стоимость синтетического ванилина на рынке около 15 долларов за кг).
В последнее время вызывает интерес новый способ получения ванилина – при помощи ферментации микроорганизмов. Запатентовала изобретения французская компания. Сырьевым источником служат рисовые отруби. Из них получают феруловою кислоту. Для получения натурального ванилина используется метод биоконверсии. Такой продукт стоит дешевле натурального ванилина, но в разы дороже синтетического.
Конкурентоспособностью отличается ванилин, полученный на основе гваякола. Сам гваякол – продукт сухой перегонки гваяковой смолы. Получат субстрат из бокаутового дерева. Смола просто вытекает на его поверхность и ее нужно собрать. Растение произрастает на Антильских островах. Наибольшее распространение на Ямайке и Сан-Доминго. Биосинтетическая обработка смолы превращает ее в ванилин.
Полученный разными способами ванилин имеет одинаковую химическую формулу, но разный аромат. Так, в специи на основе лигнина преобладает запах ацетованилона. Искусственный ароматизатор этилванилин имеет более выраженные аромат, перекрывающий запах даже натуральной мадагаскарской ванили.
За что эстеты ценят натуральную ваниль
Несмотря на дороговизну, натуральная ваниль неизменно пользуется высоким спросом. Предпочтение основывается не только на ее натуральном происхождении, главное – букет аромата и вкуса, который присутствует только в натуральном продукте. Даже стручки, выращенные в различных местах разным способом, имеют разнообразные вкусовые нотки.
По районам произрастания ваниль распределяется следующим образом:
- Мадагаскар – 58,5%.
- Индонезия – 26,5%.
- Коморские острова – 8%.
- Уганда – 2,6%.
- Китай – 2,1%.
- Индия – 1,3%.
- Другие страны 1,0%
На мировом рынке ценится мадагаскарский продукт. Ваниль обладает классическим свежим, слегка кисловатым ароматом. Это эталон запаха и вкуса. Она имеет самый яркий и насыщенный аромат.
Индонезийская специя немного уступает по качествам. Ее особенность – способность длительное время выдерживать нагревания. Идеальный выбор для приготовления кондитерской выпечки.
Особенное послевкусие имеет индийская ваниль. Это смесь сливочного вкуса и карамели. Специя с Коморских островов отличается мягкими цветочными нотками. Букет моментально открывается. Это привлекает шеф-поваров и кондитеров.
Цена на натуральную ваниль не изменятся. Эксперты не прогнозируют ее резкого увеличения. Стоимость может немного снизится в связи с хорошим урожаем и желанием Индонезии занять большую нишу в мировой торговле натуральной ванилью. Спрос на природный ароматизатор останется на высоком уровне, так как имеющиеся предложения не могут полностью удовлетворить запросы производителей продуктов питания. В связи с этим не потеряет своих позиций рынок искусственного ванилина.
Источник